機器人不再硬邦邦：這款3D打印出來的體機機器人，全使用柔性材料，形酷外形酷似章魚，全球全軟器人無需電力便可自主運動，首個世外似章材料成本還不到3美元。體機
當地時間8月24日，形酷通過《自然》雜志的全球全軟器人一篇學術文章，來自哈佛大學威斯生物工程研究所的首個世外似章全軟體機器人“Octobot(章魚機器人)”，向世人宣告了它的體機誕生。該文的形酷通訊作者是哈佛大學的工程師Robert Wood和Jennifer Lewis，在他們的全球全軟器人描述中，Octobot是首個世外似章一只僅手掌大、各個構件都不使用硬性材料的體機自動機器人。
Robert Wood表示，“和一般的電子回路相比，我們在回路中傳遞的不是電子，而是液體和氣體。”由硅橡膠制成的Octobot不靠電來驅動，而是通過化學反應產生的大量氣體聚集壓縮，借助壓強變化，實現機械臂的運動。
一直以來，災險救援、極端環境探測都是人類研發機器人的重要應用場景，但傳統機器人的剛性材料經不起撞擊，反而在未知的復雜環境中“拖后腿”。如果把機器人的材料替換成柔性的，就可以讓機器人更好地適應外部環境。
早在2011年的時候，該文的第一作者、哈佛大學助理研究員Michael Wehner就已經帶領著他的團隊探索全柔性機器人。當時他們想的是用常規的泵閥系統來驅動機器人，并且需要電纜連接機器人，這意味著這只是一個半柔性機器人。當時橫亙在科學家面前的難題是，如何將電池和回路用柔性材料代替。
5年后，Octobot才成為世界上首個全軟體機器人。Wehner團隊從章魚身上找到靈感，不僅機器人的軀干和致動器是柔性材料，連控制系統和電源也使用柔性材料，無需再受外置電纜的牽制。
賦予這只全軟體機器人“自由”的是化學反應。
據《自然》雜志特約作者Helen Shen介紹，Octobot的“大腦”部分是柔性微流體回路，可以用由壓強激活的閥門和開關，在通道內傳導液體燃料。這種液體燃料是50%濃度的過氧化氫溶液，它會在鉑的催化下快速生成大量的水和氧氣，生成物的體積比原本的反應物大，從而改變通道內的壓強。章魚機器人的機械臂受到突然增大的壓強影響，會膨脹舒展，從而實現機械臂的運動。排氣孔同時保證氧氣最終會通過排氣孔排出。
50%質量比的過氧化氫在鉑金屬粉末的催化下迅速釋放氧氣。
但如何保證章魚機器人能保持一段時間而不是一次性的自主運動?研究團隊的設計是把機器人的八只機械臂分為兩批(四只機械臂為一批)，機械臂中設置了閥門和開關。啟動Octobot需要實驗者的協助，將過氧化氫分別注入到兩個儲液槽中，這兩個儲液槽分別對應一批機械臂。注入后，儲液槽會像氣球一樣會慢慢膨脹，并利用壓強差將過氧化氫通過微流體回路。這時，由于壓強的變化，有些機械臂的控制點會打開，剩余的會關閉，以此確保同一時間只有一半機械臂流通燃料。隨著燃料的消耗，所流通的機械臂內部壓強會下降，使得燃料轉而流向另半部分原本關閉通道的機械臂。如此往復，通過精巧的閥門開關設計，利用不斷變化的壓強差，燃料進行來回流通，Octobot能保持機械臂在一段時間內的自主運動。
通過Octobot的工作機制可以看到，它內部的通道扮演著重要的角色，是它的“大腦”和機械臂進行“通信”的渠道。這些通道都由3D打印而成，打印過程也很有趣。研究者們在章魚形狀的模具中倒入了有機硅聚合物，又在聚合物中注入一種特殊的墨水，這種墨水可以在聚合物中保持形狀和位置。加熱后，墨水會蒸發，留下了Octobot內部的通道網絡。制造Octobot的材料成本也很低，只需不到3美元，每份燃料大約僅5美分，這讓大規模應用免去對高成本的顧慮。
但目前而言，Octobot還沒有達到它的最佳狀態，需要繼續改善。一次添加的燃料(1毫升)只能維持章魚機器人大約4-8分鐘的“生命”。就自主運動而言，也比較單一，還無法實現自主轉向。
該項目的領導者之一Robert Wood也表示，Octobot目前還沒有專門為一項操作任務進行設計，只是作為一種技術的展示。后續，微流體回路會升級得更為精密復雜，從而確保Octobot能更持久地運動，再搭配恰當的肢體動作，實現更復雜的操作。
除此之外，為了更好適用于復雜的應用場景，Octobot可能還需要將微流體回路和柔性傳感器結合，讓全軟體機器人更智能。
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作者:休閑
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